|
Главная | Контакты: Факс: 8 (495) 911-69-65 | | ||
Адиабатическом расширенииПример 4.2. Интересным приложением теории адиабатического расширения газов является вычисление изменения температуры по высоте атмосферы. В атмосфере существуют конвекционные токи, непрерывно перемещающие воздух из верхних слоев в нижние, а из нижних в верхние. Когда воздух поднимается в верхние слои с более низким давлением, он адиабатически расширяется (ибо является плохим проводником теплоты) и его температура понижается. где / — теплосодержание газов в конце адиабатического расширения от р'0 до р{, определяется по J —5-диаграмме, •%; — задаются по оценке (0,85-1-0,88). В другом типе лазеров, разрабатываемых в последние годы, повышение температуры ограничивается процессом адиабатического расширения. В этом случае азот получает колебательное возбуждение в электрическом разряде при прохождении через тонкие капилляры. Затем возбужденный азот расширяется — сначала в круглых соплах, которыми заканчиваются капилляры, потом в общем двумерном сопле, непосредственно перед входом в резонатор. При этом трансляционная температура снижается с 500 до 300 К, колебательная же поддерживается на уровне 4000 К (в разряде — 6000 К). Углекислый газ инжектируется через две щели, непосредственно перед входом в резонатор, при температуре 300 К. Газовая смесь проходит через резонатор в поперечном направлении. При отношении концентрации электронов к концентрации молекул, не зависящем от давления газа (nj N — const), мощность излучения оказывается пропорциональной N2, т. е. квадрату давления. Приведенные оценки свидетельствуют о новых открывающихся возможностях в создании лазеров высокого давления. В заключение остановимся еще на одном типе мощных газовых ОКГ, разрабатываемых в последнее время, — это так называемые газодинамические лазеры (ГДЛ). В них используется особый способ получения инверсии, заключающийся в резком охлаждении предварительно нагретой рабочей смеси путем адиабатического расширения газа. При нагревании газа молекулы переходят на верхние уровни, но при этом сохраняется обычное больцманов-ское распределение по энергетическим уровням с большим заселением нижних уровней по сравнению с верхними. При охлаждении газа молекулы должны перейти на нижние уровни, скорость их перехода зависит от времени жизни на том или другом уровне. На фиг. 33 приведен цикл со сжатием пара в компрессоре в ^s-координатах. Цикл состоит из следующих процессов: адиабатического сжатия /—2, подвода тепла по изобаре 2—3, адиабатического расширения 3—4 и отвода тепла по изобаре 4—/. На фиг. 34 приведена конструктивная схема двигателя. Цикл Карно состоит из обратимых процессов и поэтому полностью обратим. В том случае, когда цикл совершается в обратном направлении (см. рис. 8), в процессе 4—3 (изотермическое расширение) рабочему телу (агенту) сообщается количество тепла Q2 от теплового резервуара с температурой Т2, а в процессе 2—1 (изотермическое сжатие) агент отдает количество тепла Qi тепловому резервуару с температурой Т\. Процессы /—4 и 3—2 это процессы адиабатического расширения и сжатия. В этом цикле суммарная работа сжатия (процесс 3—2—1) больше, чем работа, полученная от расширения агента (процесс /—4—3), т. е. затрачивается работа, эквивалентная площади цикла W; в результате от теплового резервуара Т2 (более холодного) отнимается количество тепла Q2 и передается тепловому резервуа- Существует несколько внешне похожих друг на друга случаев адиабатического расширения газа без производства полезной работы. Помимо дросселирования известны такие процессы: Нижний уровень температур, получаемых методом дросселирования и адиабатического расширения в детан- дерах, практически ограничен температурой конденсации используемого рабочего вещества при давлении конца расширения. Так, в специальных гелиевых установках, этими методами могут быть получены температуры порядка 4°К, и при последующем вакуумировании жидкого гелия температуры около 1°К- В области температур, близких к абсолютному нулю, резко меняется характер кривых: адиабата сливается с изотермой, возникают явления сверхпроводимости и сверхтекучести. Поэтому и с теоретической точки зрения использование эффекта адиабатического расширения и дросселирования не может дать дальнейшего охлаждения. Такой же эффект можно получить, осуществив последовательно процессы изотермического сжатия /—2 и адиабатического расширения 2—3 (см. рис.34 б). Достигнув состояния рабочего тела с температурой Т (точ-. ки 3), можно охладить любое текучее вещество, заста- Величину отклонения температуры некоторых в процессе их адиабатического расширения, протекающего без конденсации, от температуры насыщения при плоской поверхности раздела фаз иллюстрирует рис. 4-2, заимствованный из [Л. 43]. На графике в логарифмических координатах нанесены кривые упругости паров азота, кислорода и углекислого газа, а также линии изоэнтропийных каналах, кДж/кг; *0, i2—-энтальпии газа на входе в сопло и выходе из него при адиабатическом расширении (см. рис. 94), кДж/кг; с0 — начальная скорость пара или газа перед соплом, м/с. Знак минус указывает, что теплота отводится от системы. Если теперь сжатый, газ будет использован для получения работы при адиабатическом расширении в турбине, 'его температура существенно снижается. Для фторсодержащих углеводородов, как и для других многоатомных веществ, характерен положительный наклон верхней пограничной кривой. При адиабатическом расширении пара сверхкритических параметров он в конце расширения является перегретым, что приводит к значительным потерям тепла в конденсаторе. Поэтому в схеме установки, предлагаемой в работе ([Л. 34], предусматривается использование тепла перегрева для регенерации. Существенным недостатком такой установки является сильно развитая система регенеративного подогрева. Размеры и стоимость регенеративных теплообменников ограничивают возможность практического применения описанной установки, где f — температура ртути, <р — широта места замера. Нагревание воздуха на 1° увеличивает Дг на 4%. При адиабатическом расширении воздуха подъёму на 100 м соответствует падение температуры на 1°. Меньшее падение температуры означает устойчивое, а большее — неустойчивое состояние атмосферы. В нижнем слое атмосферы — в тропосфере — температура с увеличением высоты падает. Та часть атмосферы, в которой температура не зависит от высоты, называется стратосферой. Положение границы тропосферы зависит от широты и времени года, но в среднем можно считать её лежащей на высоте 11 км. Ввиду ограниченных размеров машин и сооружений (кроме воздухоплавательных) и незначительности для них влияния изменения давления с высотой (в пределах габаритов) по сравне- при адиабатическом расширении. При поршневой рабочей машине необходимо fj понизить до 400° С, что достигается впрыскиванием воды. Так как время жизни верхнего лазерного уровня молекулы СО2 значительно больше нижнего, расселение нижнего идет с большей скоростью. При адиабатическом расширении газа в сопле и происходящем при этом резком охлаждении в газе, выходящем из сопла, будет иметь место различное расселение молекул по энергетическим уровням в различных областях струи. В ближайшей к соплу области еще будет преобладать населенность нижнего уровня, но на некотором расстоянии от сопла, соответствующем / — паротурбинная установка; 2 — газотурбинная установка (трехступенчатое охлаждение при сжатии, трехкамерное сгорание, о = 0,8); 3 — газотурбинная установка (трехступенчатое охлаждение при сжатии, однокамерное сгорание, о = 0,8); 4 — при адиабатическом сжатии и адиабатическом расширении. Из уравнения (107) непосредственно следует, что при адиабатическом расширении (Q=0) изменение энтальпии газа до и после детандера, или его холодо-производительность At, в теоретическом случае равна работе машинного цикла. Работа машинного цикла детандера эквивалентна площади индикаторной диаграммы так же, как и при сжатии газа в компрессоре. где wt — скорость при адиабатическом расширении. Удельный объем смеси за конденсатоотводч-иком определяют при адиабатическом расширении, при постоянной энтропии, пользуясь известными уравнениями термодинамики: Промежуточный перегрев пара повышает тепловую экономичность процесса выработки электроэнергии, как видно из следующего. Пусть начальное и конечное теплосодержание при адиабатическом расширении выражаются величинами iH и iK. Если пар для промежуточного перегрева отбирается при теплосодержании in n и возвращается в турбину с теплосодержанием i'n n> то конечное теплосодержание при адиабатическом расширении его будет несколько больше. Обозначим новое значение через гк п. Процесс изобразится линией in—*in. п~*1'п. п~*^к. п (фиг. 10), а располагаемый перепад увеличится до Рекомендуем ознакомиться: Активного деформирования Активного наполнителя Активного взаимодействия Активность механизмов Активности кислорода Активности теплоносителя Абразивными свойствами Акустических характеристик Акустических преобразователей Акустическим свойствам Акустической оптимизации Акустического излучения Алфавитно цифрового Алгебраическими уравнениями Алгебраическим уравнениям |